基于指纹技术的校园管理系统

孙文汇 李翠敏

（青岛工学院 山东 青岛 66300）

0 前言

学校现有全日制在校生及教职工过万人，拥有教室、实验室170个，包括多媒体教室、计算机室、语音室、同声传译室、外语视听室、电子阅览室等开放性实验室。教学、科研设备总价值6千多万元。拥有2万平方米的图书馆。校园网络覆盖全校，拥有通识课程及专业课程的网络教学平台。同时学校拥有将近3千平方米的含形体训练室、羽毛球、乒乓球、台球等场地的体育馆，建有8万多平方米的标准学生公寓，1万余平方米的学生食堂。

学校传统校园管理模式都是刷卡、签到，包括借阅卡、饭卡等，这就造成认卡不认人，而且学生的手中所持卡数越来越多，这在方便学生的同时也引人新的问题如无处可放、易丢失、易损坏等，本文设计的基于指纹识别的校园综合管理系统，就是用学生的指纹替代现有的诸多卡，如餐卡、学生证、图书证、考勤卡、商店购物卡等，这样不仅可以实现对学生的有效管理，同时也使学生不必因手中卡多怕丢失而担忧。而且现在的校园网络已经遍布校园各个角落，完全能够满足校园的综合管理。

1 指纹识别系统

1.1 指纹图像的预处理

在实际应用当中，指纹采集器所采集的指纹图像是一幅含有较多噪声的灰度图像，较强的噪声势必降低处理结果的准确性与可靠性。从而影响系统的应用，而预处理的目的，就是改善输入指纹图像的质量，增强脊和谷的对比度，将它变成一幅清晰的点线图，以便于进行特征提取。在本文中采用的预处理过程包括图像分割、增强滤波、细化、二值化，如图1。

图1 指纹识别系统核心算法

1.2 指纹图像的分割

指纹图像分割通常位于预处理的前端，其目的是把指纹图像中质量很差、在后续处理中很难恢复的图像区域与有效区域分开来，使后续处理能够集中于有效区域。分割处理不仅能提高特征提取的精确度，而且还能大大减小指纹预处理的时间，因此是指纹图像处理中的重要组成部分。它不仅要求尽可能地去除无效区域，还要尽可能完整地保留有效区域，这就需要有较精确的分割算法。

1.3 指纹图像的增强

指纹图像的滤波增强是一个关键部分。在整个指纹算法处理的过程中，指纹图像增强约占65%的时间，因此图像增强效果将直接影响指纹特征提取分类及后续的识别率。同时指纹图像的增强算法也将直接影响系统的实时性。

1.4 指纹图像的二值化及去噪

对指纹图像进行二值化处理以及去噪的目的是把灰度图像分成0、1两个灰度级的图像，也就是前景点(指纹脊线)取1，背景点取0，从而将指纹脊线提取，因此对指纹图像进行二值化处理：一要进行压缩，即要留纹线的重要信息，又要节约存储空间，便于后续存储和处理；二要去除大量的粘连，以备指纹特征的提取和匹配。

1.5 细化

细化就是要删除指纹纹线的边缘像素，使之变成只有一个象素宽度，在细化过程要保证纹线的连接性、方向性、特征点不变，同时要保持纹线的中心基本不变，因此细化的好坏直接影响指纹识别的识别率。

1.6 指纹特征提取

指纹特征提取阶段，提取指纹的细节点如：端点，分叉点，孤立点，及其特征点的X坐标与Y坐标，存放于三维数组D的数据集中。完成特征提取后，将提取的指纹特征数据与模版进行一对一的匹配，从而输出结果，它是我们验证系统的核心。

2 校园综合管理系统

如图2校园综合管理系统框图所示在校园服务器端建立一个终端指纹数据库模块，终端系统包括学校图书馆、电子阅览室、开放实验室管理中心、上课宿舍考勤、餐厅等平常刷餐卡消费场所等地。学生教职工到指定的指纹采集仪将采集到的指纹数据传到指纹数据库，在中央服务器进行处理，建立该用户相应的信息库，包括用户基本情况、在校情况、消费情况、借阅情况等信息，并将处理结果存入学校管理数据库。

图2 校园综合管理系统的框图

由于本系统是针对在校学生的综合管理系统以及教职工的服务系统，因而对实时性要求较高，为提高指纹的处理以及识别速度，我们在建立系统时采取指纹与用户ID相结合的形式。在终端系统。用户输入自己的ID号码，同时采集自己的指纹信息，系统根据用户提供的ID号码提取该用的基本信息，并将提取的指纹信息与数据库中的指纹信息进行比对，如果验证成功，证明是该用户本人，则进入相应的管理系统；否则拒绝进入。

在本系统设计过程中，为方便学生以及教职工的记忆采取八位数的ID，为区分教职工与学生的区别，前四位采取0000代表教职工，中间两位代表所在系部科室，后面两位为教职工的编号；学生前两位为年级，中间每两位代表专业、班级，后面为学生的学号。

2.1 数据包结构（终端发送）

在局域网络的通信时，终端系统将获得指纹特征值数据封装成数据包通过局域网发送给校园服务器，其数据包结构如下:

ID+指纹特征数据+终端地址+请求类别+请求信息

例如在餐厅消费，用户只需输入自己的ID的同时采集指纹信息，ID+指纹数据+终端系统将餐厅窗口编号+扣款请求+货币支付金额一起封装成数据包并通过局域网发送至服务器，服务器在接收到信息后提取相应的ID指纹信息与采集的指纹信息进行验证，验证成功后根据请求类别做出相应的处理，当处理完毕，则将该终端的地址及处理结果也封装成数据包重新发送回该终端，显示成功。此时整个系统的工作过程结束。

2.2 服务器端数据处理流程

在服务器端首先根据用户ID提取用户指纹特征，与发送来的指纹特征进行验证，通提取学生信息，处理请求信息，并将处理结果信息封装发送回终端。在处理过程中如果发生验证不通过、提取信息错误、处理信息错误，封装错误信息进行发送。

3 结束语

随着识别技术的发展，指纹采集器、数字处理器DSP的发展以及网络的不断普及，使得指纹识别技术会在校园中得到广泛的使用，为大学生的生活和学习带来方便，同时也可以更好地保护个人的财产。

［1］柴晓光.民用指纹识别技术[M].北京：人民邮电出版社，2004，5.

［2］杨碧玉.自动指纹考勤管理系统设计与算法研究[D].华南理工大学，2006，1001：8-9.

［3］张堂辉，田捷，刘旭.基于DSP指纹识别核心算法的设计与实现[J].中国科学院自动化研究所人工智能实验室，计算机工程与应用，2003，16.

［4］韩伟红，黄子中，王志英.指纹自动识别系统中的预处理技术[J].计算机研究与发展，1997，34(12):913-9200.